Eine Innenansicht von Norman, der aktuellen Fusionsreaktor-Maschine des Unternehmens

Bild: TAE Technologies Video: TAE Technolgies

Herausforderungen der Fusion Wann gehört Kernfusion zum Alltag?

23.08.2022

Die Kernfusion verspricht sichere, kohlenstofffreie Energie in unendlichen Mengen, doch technologische Probleme beim Erreichen außergewöhnlicher Temperaturen haben die Kommerzialisierung dieser Technologie behindert.

TAE Technologies ist ein 1998 in Kalifornien gegründetes Kernfusions-Startup. Das Unternehmen besteht heute aus einem Team von 400 Mitarbeitern und hat vor kurzem 1,2 Milliarden USD mit kräftigen Beiträgen von einflussreichen Unternehmen wie Google, Chevron und Reimagined Ventures erhalten.

Während die Gelder fließen, erklärt das Unternehmen, es stehe „an der Schwelle zur Bereitstellung dieser transformativen Energiequelle, die den Planeten für Tausende von Jahren versorgen kann.“

„Wenn man an die von der Natur bevorzugte Art der Energieerzeugung denkt, dann ist es die Kernfusion“, sagte Michl Binderbauer, Mitbegründer und CEO von TAE Technologies. Die Kosteneffizienz und die Sicherheit der Technologie machen Binderbauer zuversichtlich, dass die Kernfusion „eine dauerhafte Lösung für saubere, kohlenstofffreie Energie“ ist.

Aber was genau ist Kernfusion?

Die Kernfusion ist das, was die Sonne und alle anderen Sterne am Himmel leuchten lässt. Die Sonne ist ein glühender Ball, der hauptsächlich aus Wasserstoff und Plasma besteht, das Energie erzeugt, wenn die Wasserstoffatome aufeinander prallen und energiereiches Licht und Helium als Nebenprodukt freisetzen.

Um diesen Prozess hier unten auf der Erde nachzubilden, erhitzt TAE Technologies einen Wasserstoff-Bor-Brennstoff, bis er an beiden Enden der Fusionsreaktoranlage des Unternehmens in einen Plasmazustand übergeht. Die Teilchen sind positiv geladen und stoßen sich gegenseitig ab. Daher werden außergewöhnlich hohe Temperaturen und starke Magnete eingesetzt, um das Plasma zusammenzuschlagen und festzuhalten, damit der Fusionsprozess beginnen kann.

Ein Netz von Rohren leitet Flüssigkeit durch die Maschine, damit sie die Wärme des vom Plasma freigesetzten energiereichen Lichts aufnehmen kann. Die Flüssigkeit gelangt zu einem Dampferzeuger, in dem sich Dampf bildet, der eine Turbine zur Stromerzeugung antreibt.

Unterschied zu herkömmlichen Energiequellen

Im Gegensatz zu herkömmlichen Energiequellen, die Methan und Kohlendioxid freisetzen, ist das einzige Nebenprodukt dieses Kernfusionsprozesses Helium, das aufgefangen und für andere industrielle Anwendungen genutzt werden kann.

Die Kernfusion unterscheidet sich von dem, was die meisten von uns denken, wenn sie von Kernenergie hören, nämlich von der Kernspaltung, bei der ein Atomkern gespalten wird, um Energie freizusetzen.

Sowohl die Kernspaltung als auch die Kernfusion finden auf nuklearer Ebene statt, aber ein wesentlicher Unterschied besteht darin, dass die gespaltenen Atome radioaktive Produkte erzeugen, die für die menschliche Gesundheit und die Umwelt gefährlich sind. Bei der Kernfusion entstehen keine radioaktiven Abfälle.

„Bei der Wasserstoff-Bor-Fusion gibt es keine radioaktiven Bestandteile. Abgesehen von der Bezeichnung ‘nuklear‘ in der Taxonomie handelt es sich um eine völlig andere Art von Merkmalen“, erklärte Binderbauer.

Überwindung irdischer Herausforderungen

Auf der Erde herrscht eine andere Schwerkraft als auf der Sonne, weshalb extreme Temperaturen erforderlich sind, um den Kernfusionsprozess zu unterstützen.

Auf der Sonnenoberfläche herrschen 15 Millionen °C, was im Vergleich zu den 75 Millionen °C, die TAE Technologies kürzlich im Juli erzeugt hat, relativ mild ist. Dieser Temperatur-Benchmark in der aktuellen Maschine des Unternehmens, die den Namen Norman trägt, demonstrierte eine „unübertroffene Echtzeitkontrolle des Plasmas“.

Der Hochtemperaturbedarf wird oft als Haupthindernis für die Entstehung dieser sauberen Energie genannt, aber TAE Technologies erklärt, dass auf dem Gebiet der Fusion exponentielle Fortschritte gemacht wurden, die auf Entwicklungen in verschiedenen Bereichen zurückzuführen sind, darunter künstliche Intelligenz, maschinelles Lernen, Vakuumtechnologie und Wissen über das Verhalten von Plasmen.

Binderbauer erklärte, dass das Ziel des Unternehmens darin besteht, noch in diesem Jahrzehnt oder Anfang der 2030er Jahre eine Milliarde Grad zu erreichen. Zu diesem Zeitpunkt würde der Reaktor wesentlich mehr Energie erzeugen als für seinen Betrieb benötigt wird.

Der Weg zu neuen Höchsttemperaturen ist langwierig und schwierig, aber Binderbauer erklärt, dass das Potenzial dieser Technologie sie so vielversprechend macht. „Bei einem Fusionsprozess wird etwa zehnmal mehr Energie freigesetzt als bei einem Spaltungsprozess. Und um auf die Idee zurückzukommen, sich an der Natur zu orientieren...das Universum wird nicht durch Verbrennung und nicht durch Spaltung angetrieben. Es wird durch Fusion angetrieben.“

Kernfusion bald regulärer Bestandteil?

Nach aktuellen Schätzungen von TAE Technologies könnte die Kernfusion in den 2040er Jahren zu einem regulären Bestandteil des Erzeugungsportfolios der US-Versorgungsunternehmen werden, wobei sich die eingesetzte Stromkapazität im Vergleich zu heute verdoppeln würde.

„Energie ist der große Gleichmacher. Wenn sie nicht mehr von einem Ort abhängt, an dem die meisten Kohlenwasserstoffe vorhanden sind, sondern überall verfügbar ist, werden auch Ressourcenkriege und andere Beschränkungen, wie wir sie heute haben, vermieden“, so Binderbauer. „Es ist also eine wunderbare Zukunft. Und was zwischen uns steht, sind noch ein paar Jahre Wissenschaft und Technik, um die letzten Beweise zu erbringen, und dann müssen wir alle zusammenarbeiten, um sie so schnell wie möglich einzusetzen.“

Bildergalerie

  • Norman und eine Gesamtansicht der Anlage in Foothill Ranch, Kalifornien

    Norman und eine Gesamtansicht der Anlage in Foothill Ranch, Kalifornien

    Bild: TAE Technologies

  • In der Fusionsreaktoranlage des Unternehmens erzeugtes Plasma

    In der Fusionsreaktoranlage des Unternehmens erzeugtes Plasma

    Bild: TAE Technologies

  • Ein Angestellter arbeitet an der Innenausstattung von Norman.

    Ein Angestellter arbeitet an der Innenausstattung von Norman.

    Bild: TAE Technologies

  • Eine Außenansicht des Büros von TAE Technologies in Kalifornien

    Eine Außenansicht des Büros von TAE Technologies in Kalifornien

    Bild: TAE Technologies

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